RT-Thread UART

news2024/11/25 11:35:58

UART 简介

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发传输器，UART 作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。是在应用程序开发过程中使用频率最高的数据总线。

UART 串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要 **2 根传输线就可以实现双向通信，一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。**UART 串口通信有几个重要的参数，分别是波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶检验位，对于两个使用 UART 串口通信的端口，这些参数必须匹配，否则通信将无法正常完成。UART 串口传输的数据格式如下图所示：

在这里插入图片描述
起始位：表示数据传输的开始，电平逻辑为 “0” 。

数据位：可能值有 5、6、7、8、9，表示传输这几个 bit 位数据。一般取值为 8，因为一个 ASCII 字符值为 8 位。

奇偶校验位：用于接收方对接收到的数据进行校验，校验 “1” 的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性，使用时不需要此位也可以。

停止位：表示一帧数据的结束。电平逻辑为 “1”。

波特率：串口通信时的速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数 bit/s(bps)。常见的波特率值有 4800、9600、14400、38400、115200等，数值越大数据传输的越快，波特率为 115200 表示每秒钟传输 115200 位数据。

#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM       0x040     /* 流模式      */
/* 接收模式参数 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX       0x100     /* 中断接收模式 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX       0x200     /* DMA 接收模式 */
/* 发送模式参数 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX       0x400     /* 中断发送模式 */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX       0x800     /* DMA 发送模式 */

串口数据接收和发送数据的模式分为3种：中断模式、轮询模式、DMA模式。
在使用的时候，这3种模式只能选其1，若串口的打开参数oflags没有指定使用中断模式或者DMA模式，则默认使用轮询模式。

DMA（Direct Memory Access）即直接存储器访问。
DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过DMA控制器为RAM与I/O设备开辟一条直接传输数据的通路，这就节省了CPU的资源来做其它操作。
使用 DMA 传输可以连续获取或发送一段信息而不占用中断或延时，在通信频繁或有大段信息要传输时非常有用。

控制串口设备
通过控制接口，应用程序可以对串口设备进行配置，如波特率、数据位、校验位、接收缓冲区大小、停止位等参数的修改。控制函数如下所示：

rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);

dev：设备句柄
cmd：命令控制字，可取值：RT_DEVICE_CTRL_CONFIG
arg：控制的参数，可取类型：strcut serial_configure

struct serial_configure
{
    rt_uint32_t baud_rate;            /* 波特率 */
    rt_uint32_t data_bits    :4;      /* 数据位 */
    rt_uint32_t stop_bits    :2;      /* 停止位 */
    rt_uint32_t parity       :2;      /* 奇偶校验位 */
    rt_uint32_t bit_order    :1;      /* 高位在前或者低位在前 */
    rt_uint32_t invert       :1;      /* 模式 */
    rt_uint32_t bufsz        :16;     /* 接收数据缓冲区大小 */
    rt_uint32_t reserved     :4;      /* 保留位 */
};

/* 波特率可取值 */
#define BAUD_RATE_2400                  2400
#define BAUD_RATE_4800                  4800
#define BAUD_RATE_9600                  9600
#define BAUD_RATE_19200                 19200
#define BAUD_RATE_38400                 38400
#define BAUD_RATE_57600                 57600
#define BAUD_RATE_115200                115200
#define BAUD_RATE_230400                230400
#define BAUD_RATE_460800                460800
#define BAUD_RATE_921600                921600
#define BAUD_RATE_2000000               2000000
#define BAUD_RATE_3000000               3000000
/* 数据位可取值 */
#define DATA_BITS_5                     5
#define DATA_BITS_6                     6
#define DATA_BITS_7                     7
#define DATA_BITS_8                     8
#define DATA_BITS_9                     9
/* 停止位可取值 */
#define STOP_BITS_1                     0
#define STOP_BITS_2                     1
#define STOP_BITS_3                     2
#define STOP_BITS_4                     3
/* 极性位可取值 */
#define PARITY_NONE                     0
#define PARITY_ODD                      1
#define PARITY_EVEN                     2
/* 高低位顺序可取值 */
#define BIT_ORDER_LSB                   0
#define BIT_ORDER_MSB                   1
/* 模式可取值 */
#define NRZ_NORMAL                      0     /* normal mode */
#define NRZ_INVERTED                    1     /* inverted mode */
/* 接收数据缓冲区默认大小 */
#define RT_SERIAL_RB_BUFSZ              64

接收缓冲区：当串口使用中断接收模式打开时，串口驱动框架会根据RT_SERIAL_RB_BUFSIZE大小开辟一块缓冲区用于保存接收到的数据，底层驱动接收到一个数据，都会在中断服务程序里面将数据放入缓冲区。

#define RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT           \
{                                          \
    BAUD_RATE_115200, /* 115200 bits/s */  \
    DATA_BITS_8,      /* 8 databits */     \
    STOP_BITS_1,      /* 1 stopbit */      \
    PARITY_NONE,      /* No parity  */     \
    BIT_ORDER_LSB,    /* LSB first sent */ \
    NRZ_NORMAL,       /* Normal mode */    \
    RT_SERIAL_RB_BUFSZ, /* Buffer size */  \
    0                                      \
}